Мікроконтроллер і мікропроцесор — в чому різниця?

Мікроконтроллер і мікропроцесор — в чому різниця?

У складі різних електронних пристроїв часто зустрічаються як мікроконтроллери, так і мікропроцесори. Обидва ці компоненти беруть з пам'яті команди і по них виконують логічні і арифметичні операції, працюючи при цьому з облаштуваннями введення/виведення і іншою периферією. Так в чому тоді різниця?

Мікроконтроллер

Мікроконтроллер - (далі МК) це мікросхема, призначена для програмного управління електронними схемами. МК виконується на одному кристалі. На нім розташований як обчислювальний пристрій, так і ПЗП і ОЗУ. Окрім цього, у складі МК найчастіше знаходяться порти введення/виведення, таймери, АЦП, послідовні і паралельні інтерфейси. У деяких навіть можна помітити Wi — Fi-/Bluetooth— модуль і навіть підтримку NFC.

Перший патент на мікроконтроллер був виданий в 1971 році компанії Texas Instruments. Інженери цієї компанії запропонували розміщувати на кристалі не лише процесор, але і пам'ять з облаштуваннями введення/виведення.

Попри те, що усе необхідне для роботи мікроконтроллера в нім вже є, іноді вони використовуються в парі із зовнішніми периферійними пристроями. Приміром, коли внутрішньою ПЗП не хапає (чи вона просто відсутня), підключають зовнішню. Саме так зробили з мікроконтроллерами серії ESP. У ESP8266 вбудованої пам'яті немає взагалі, а у ESP32 незначні 448 КБ. Тому до них в корпус (точніше під радіатор) поміщається flash- пам'ять місткістю 1-16 МБ.


Тоді чом би не зробити який-небудь портативний комп'ютер на основі мікроконтроллера? Річ у тому, що обчислювальній потужності у МК частіше всього досить мало. Її вистачає на управління наприклад, системою поливу, мікрохвильовою піччю або ж яким-небудь верстатом.

Наприклад, одна з потужних плат платформи Arduino — Due. Вона знаходиться під управлінням 32-бітового AVR— мікроконтроллера AT91SAM3X8E. Його тактова частота 84 Мгц. Постійній пам'яті тут 512 КБ, а оперативною — 96 КБ. МК має 54 цифрових GPIO (12 з яких з підтримкою ШИМ), 12 аналогових входів і 2 аналогові виходи (ЦАП). Тут так само є присутніми різні інтерфейси, такі як UART, SPI, I2C.

Не дивлячись на такі незначні характеристики, мікроконтроллери дуже популярні. Вони використовуються там, де не потрібно велику обчислювальну потужність — робототехника, контроллери теплиць, побутова техніка.

Мікропроцесор

З мікропроцесором (далі МП) справи йдуть трохи інакше. Він містить в собі арифметико-логічний пристрій, блок синхронізації і управління, що запам'ятовують пристрій, регістри і шину. Тобто МП містить в собі тільки те, що безпосередньо знадобиться для виконання арифметичний і логічних операцій. Усі інші комплектуючі (ОЗУ, ПЗП, облаштування введення/виведення, інтерфейси) треба підключати ззовні.

Перші мікропроцесори з'явилися теж на початку 70-х. Найпопулярнішим на той момент вважався 4004. Це мікропроцесор, розроблений компанією Intel і представлений 15 листопада 1971 року. Він мав характеристики, що вселяють на той період :

  • 2300 транзисторів;
  • тактова частота — 740 кГц;
  • розрядність регістрів і шини — 4 біта;
  • техпроцесс — 10 мкм;
  • площа кристала : — 12 мм².

До речі, 4004 був виконаний в звичайному DIP - 16 корпусі. Цей МП є найпопулярнішою мікросхемою для колекціонування. Деякі екземпляри продаються по 400 $ за штуку. Менш раритетные коштують близько 250 $.

Вже через пару років 8-бітові МП дозволили створювати перші побутові мікрокомп'ютери.

Природно, тут перевагою є те, що до МП можна на вибір підключати різну периферію з різними характеристиками (що не в усіх випадках можна на МК). Друга основна відмінність мікропроцесора від мікроконтроллера в тому, що МП мають більше обчислювальної потужності. Їх не має сенсу ставити в мікрохвильові печі і «розумні» лампочки. Мікропроцесори застосовують там, де обчислювальна потужність МК вже не справляється — ігрові приставки, складні обчислювальні пристрої і прилади, гаджети.

Виходить, щоб забезпечити працездатність мікропроцесора, треба підключити йому хоч би мінімальний набір периферії. Мінуси:

  • Розмір — якщо у разі МК все вже знаходиться в одному корпусі, то мінімальний набір елементів для роботи МП займає більше місця.
  • Ціна — зазвичай, усе «складання» комплектуючих для МП виходить набагато дорожче за «голі» мікроконтроллери.
  • Плюси:
  • Продуктивність — мікропроцесори мають більшу продуктивність, ніж мікроконтроллери.
  • Вибір — у разі МП у вас є можливість підібрати комплектуючі. Це дозволить поставити периферію, що більше підходить під ваші цілі.

Застосування

Мікроконтроллер має явну простоту: потрібно менше апаратного забезпечення, з ним легше працювати на програмному рівні, та і вартість розпочинається з копійок. Але ця простота торкається і продуктивності. Як говорилося вище, мікроконтроллер не здатний забезпечити високу продуктивність нарівні з мікропроцесорами. Мікропроцесори хоч і вимагають зовнішньої комутації «заліза» і відносно МК складні в роботі, але вони вже спокійно можуть застосовуватися в складніших пристроях.